LED芯片主要的三種流派結(jié)構(gòu)介紹

LED是一種半導(dǎo)體，通電即會發(fā)光。憑借其高效率、長壽命和其他突出的特點，成為LCD液晶顯示模組的核心材料，為LCD的背光模組提供足夠的光源；其應(yīng)用場景如下圖所示：

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LED封裝的概述

封裝的必要性：

LED芯片只是一塊很小的固體，它的兩個電極要在顯微鏡下才能看見，需加入電流之后它才會發(fā)光。

在制作工藝上，除了要對LED芯片的兩個電極進(jìn)行焊接，從而引出正極負(fù)極之外，同時還需要對LED芯片和兩個電極進(jìn)行保護(hù)。

封裝的作用：

研發(fā)低熱阻、優(yōu)異光學(xué)特性、高可靠的封裝技術(shù)是新型LED走向?qū)嵱?、走向市場的產(chǎn)業(yè)化必經(jīng)之路。

LED技術(shù)大都是在半導(dǎo)體分離器件封裝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展與演變而來的。將普通二極管的管芯密封在封裝體內(nèi)，起作用是保護(hù)芯片和完成電氣互連

封裝的目的：

LED的封裝是為了維護(hù)本身的氣密性，并保護(hù)不受周圍環(huán)境中濕度與溫度的影響，以及防止組件受到機(jī)械振動、沖擊產(chǎn)生破損而造成組件特性的變化。因此，封裝的目的有下列幾點:

(1)防止?jié)駳獾扔赏獠壳秩?/p>

(2)以機(jī)械方式支持導(dǎo)線

(3) 有效地將內(nèi)部產(chǎn)生的熱排出

(4)提供能夠手持的形體

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LED芯片主要的三種流派結(jié)構(gòu)介紹

LED正裝芯片是較早出現(xiàn)的芯片結(jié)構(gòu)，也是小功率芯片中普遍使用的芯片結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)，電極在上方，從上至下材料為：P-GaN，發(fā)光層，N-GaN，襯底。所以，相對倒裝來說就是正裝。

為了避免正裝芯片中因電極擠占發(fā)光面積從而影響發(fā)光效率，芯片研發(fā)人員設(shè)計了倒裝結(jié)構(gòu)，即把正裝芯片倒置，使發(fā)光層激發(fā)出的光直接從電極的另一面發(fā)出(襯底被剝?nèi)ィ酒牧鲜峭该鞯?，同時，針對倒裝設(shè)計出方便LED封裝廠焊線的結(jié)構(gòu)，從而，整個芯片稱為倒裝芯片(Flip Chip)，該結(jié)構(gòu)在大功率芯片較多用到。

正裝結(jié)構(gòu)由于p，n電極在LED同一側(cè)，容易出現(xiàn)電流擁擠現(xiàn)象，而且熱阻較高，而垂直結(jié)構(gòu)則可以很好的解決這兩個問題，可以達(dá)到很高的電流密度和均勻度。未來燈具成本的降低除了材料成本，功率做大減少LED顆數(shù)顯得尤為重要，垂直結(jié)構(gòu)能夠很好的滿足這樣的需求。這也導(dǎo)致垂直結(jié)構(gòu)通常用于大功率LED應(yīng)用領(lǐng)域，而正裝技術(shù)一般應(yīng)用于中小功率LED。

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LED芯片正裝結(jié)構(gòu)介紹

優(yōu)缺點：

該結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝相對成熟。然而正裝結(jié)構(gòu)LED有兩個明顯的缺點，首先正裝結(jié)構(gòu)LED p、n電極在LED的同一側(cè)，電流須橫向流過N-GaN層，導(dǎo)致電流擁擠，局部發(fā)熱量高，限制了驅(qū)動電流;其次，由于藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性差，嚴(yán)重的阻礙了熱量的散失。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

藍(lán)寶石襯底的正裝結(jié)構(gòu)LED以工藝簡單、成本相對較低一直是GaN基LED的主流結(jié)構(gòu)目前大多數(shù)企業(yè)仍采用這種封裝結(jié)構(gòu)，在我國LED生產(chǎn)技術(shù)較國際水平仍有一定差距的情況下，多數(shù)企業(yè)為節(jié)約生產(chǎn)與研發(fā)成本，仍在采用正裝封裝技術(shù)，正裝結(jié)構(gòu)LED在國內(nèi)市場上仍有很大的市場

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LED芯片倒裝結(jié)構(gòu)介紹

優(yōu)點:

1、沒有通過藍(lán)寶石散熱，從芯片PN極上的熱量通過金絲球焊點傳到Si熱沉，Si(硅)是散熱的良導(dǎo)體，其散熱效果遠(yuǎn)好于靠藍(lán)寶石來散熱。故可通大電流使用

2、尺寸可以做到更小，密度更高，能增加單位面積內(nèi)的I/O數(shù)量;光學(xué)更容易匹配:

3、是散熱功能的提升，使芯片的壽命得到了提升;

4、是抗靜電能力的提升

5、是為后續(xù)封裝工藝發(fā)展打下基礎(chǔ)

缺點:

1、倒裝LED 技術(shù)目前在大功率的產(chǎn)品上和集成封裝的優(yōu)勢更大，在中小功率的應(yīng)用上，成本競爭力還不是很強(qiáng)。

2、倒裝LED顛覆了傳統(tǒng)LED 工藝，從芯片一直到封裝，這樣會對設(shè)備要求更高，就拿封裝才說能做倒裝芯片的前端設(shè)備成本肯定會增加不少，這就設(shè)置了門檻讓一些企業(yè)根本無法接觸到這個技術(shù)。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

目前，做此類芯片的廠商還很少對制造設(shè)備的要求比較刻，制造成本還比較高。因此，在市場應(yīng)用還不是很廣泛，但應(yīng)用前景較廣闊。

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LED芯片垂直結(jié)構(gòu)介紹

優(yōu)缺點：

1、目前，現(xiàn)有的所有顏色的垂直結(jié)構(gòu)LED：紅光LED、綠光LED、藍(lán)光LED及紫外光LED，都可以制成通孔垂直結(jié)構(gòu)LED有極大的應(yīng)用市場。

2、所有的制造工藝都是在芯片( wafer )水平進(jìn)行的。

3、由于無需打金線與外界電源相聯(lián)結(jié)，采用通孔垂直結(jié)構(gòu)的 LED 芯片的封裝的厚度降低。因此，可以用于制造超薄型的器件，如背光源等。

4、抗靜電能力強(qiáng)

5、可以采用較大直徑的通孔/金屬填充塞和多個的通孔/金屬填充塞進(jìn)一步提高襯底的散熱效率。這一特點對大功率LED尤其重要。

應(yīng)用現(xiàn)狀：

垂直結(jié)構(gòu)的藍(lán)光芯片是在正裝的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，這種芯片是將傳統(tǒng)藍(lán)寶石襯底的芯片倒過來鍵合在導(dǎo)熱能力較好的硅襯底或金屬等襯底上，再將藍(lán)寶石襯底激光剝離。這種結(jié)構(gòu)的芯片解決了散熱瓶頸問題，但工藝復(fù)雜，特別是襯底轉(zhuǎn)換這個過程實現(xiàn)難度大，生產(chǎn)合格率也較低。目前在市場上發(fā)展的一直不溫不火。

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結(jié)束語

隨著LED功率化、高效化、低成本、高可靠性的不斷發(fā)展，對封裝技術(shù)的要求將越來越苛刻，尤其是封裝材料和封裝工藝。封裝技術(shù)比較復(fù)雜，需要綜合考慮光學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、結(jié)構(gòu)等方面的因素，同時低熱阻、穩(wěn)定好的封裝材料和新穎優(yōu)異的封裝結(jié)構(gòu)仍是LED封裝技術(shù)的關(guān)鍵。在新的封裝材料與新的封裝結(jié)構(gòu)完美的結(jié)合下，舒適、美觀和智能化的LED照明產(chǎn)品將不斷涌現(xiàn)。

審核編輯：劉清